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Fattore di sporcamento negli scambiatori di calore

31/05/2019

Parliamo ancora di scambiatori di calore, e nello specifico di fouling factor, o fattore di sporcamento in uno scambiatore. L’argomento del nuovo video sul Canale Youtube Tempco è molto rilevante per garantire l’efficienza di scambio termico negli scambiatori, e ricevo spesso al riguardo molte domande. I fluidi all’interno degli scambiatori possono infatti con il tempo creare dei depositi sulle pareti di scambio termico, diminuendo l’efficienza dello scambiatore.

Il fouling factor è quindi sostanzialmente un coefficiente di sovradimensionamento che viene applicato nella progettazione degli scambiatori di calore. In pratica, in progettazione viene previsto un margine superiore nel dimensionamento dello scambiatore, che serve a contrastare la perdita in efficienza di scambio termico dovuta a sporcamento delle superfici di trasferimento termico.

Il calcolo del coefficiente dipende dal tipo di moti che avvengono all’interno dello scambiatore, che influiscono direttamente sulla quantità di particelle che possono depositarsi sulle superfici di scambio. Il fattore di sporcamento varia quindi a seconda della tipologia di scambiatore coinvolta, che si tratti di uno scambiatore a fascio tubiero, a piastre o altro ancora. I valori di fouling factor in uno scambiatore a piastre sono in particolare dieci volte inferiori rispetto a quelli validi per uno scambiatore a fascio tubiero, in quanto all’interno di uno scambiatore a piastre i moti dei fluidi sono molto più turbolenti.

Il moto turbolento dei fluidi in uno scambiatore a piastre trasporta infatti con sé le particelle che potrebbero depositarsi sulle superfici di scambio, richiedendo pertanto un inferiore coefficiente di sovradimensionamento dello scambiatore. Altra ragione è legata alla costruzione stessa del tipo di scambiatore: uno scambiatore a fascio tubiero una volta costruito non può essere ampliato, mentre uno scambiatore a piastre consente di variare e aumentare il numero di piastre all’occorrenza, potendo quindi intervenire in caso di perdita di efficienza di scambio di calore dovuta ad esempio a fluidi sporchi o variazioni nelle condizioni di progetto.

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Recupero di calore nelle consegne a domicilio

24/05/2019

Migliorare lo standard delle consegne a domicilio utilizzando un forno che raccoglie l’energia di scarto dallo scarico del motore dello scooter mediante uno scambiatore di calore. L’idea è davvero interessante ed è stata sviluppata dalla start-up emiliana Hotbox, grazie alle competenze di un team di ingegneri specializzati in aerospaziale e automazione industriale ed esperti in innovazione, tra cui il fondatore e ceo Anthony Byron Prada. Hotbox ha così realizzato una applicazione di recupero di calore che consente di mantenere il cibo fragrante, allo slogan ‘Taste the food, not the journey’.

Hotbox consiste di una robusta struttura che alloggia uno scambiatore di calore, un sistema di ricircolo d’aria e un deumificatore, ed è in grado di mantenere il cibo caldo a una temperatura di 85° C, ma soprattutto di poterlo gustare fragrante come appena uscito dal ristorante grazie all’eliminazione dell’umidità, per oltre 40 minuti.

La soluzione impiega tecnologia HotAir e SteamFree, ed espelle l’umidità in eccesso che si crea durante il trasporto, mantenendo il cibo caldo e asciutto, come appena uscito dalla cucina. La soluzione è ideale per ristoranti e aziende di food delivery, oggi sempre più numerose e diffuse come lobo, Just Eat, Deliveroo e Uber Eats.

La tecnologia che sfrutta il recupero del calore di scarto del motore degli scooter è al momento compatibile con tre modelli di scooter cargo tra i più diffusi sul mercato (Kymco Agility Carry 50/125, Peugeot Tweet Pro 125, Sym Symphony Cargo 125), e sono previste nuove versioni per adattare il sistema anche ad altri veicoli.

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Funzionamento di un gruppo frigorifero

17/05/2019

Abbiamo già parlato delle pompe di calore in un precedente video sul nostro canale Tempco YouTube, saltando forse un passaggio. Dedichiamo allora un nuovo tutorial alla spiegazione di come funziona un gruppo frigorifero, anche in risposta a molte richieste arrivate.

Diciamo innanzitutto che in tutte le case troviamo un gruppo frigorifero: il frigorifero di casa è di fatto un gruppo frigorifero, dal momento che funziona impiegando lo stesso ciclo. Il ciclo termico è piuttosto noto, basato su cicli di condensazione, espansione, evaporazione e compressione, spiegati un po’ ovunque sul web. Preme piuttosto sottolineare un fondamentale concetto, ovvero il fatto che un chiller non ‘produce freddo’, ma asporta calore, impiegando gas frigorigeno, o freon, come vettore di energia termica.

Il gas viene messo in circolo nell’ambiente mediante un compressore, quindi tramite un evaporatore, ossia uno scambiatore di calore, il gas passa dallo stato liquido a quello di vapore. Nel cambio di stato il gas assorbe energia, riscaldandosi, abbassando di conseguenza la temperatura dell’ambiente.

Il gas arriva quindi al condensatore esterno, un altro scambiatore di calore, dove viene condensato raffreddandosi, tornando allo stato liquido e cedendo all’ambiente esterno il calore asportato. Il ciclo completato consiste quindi in un semplice trasferimento di energia da un ambiente interno da raffreddare a un ambiente esterno.

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Termoregolazione nel recupero e raffinazione di metalli preziosi

10/05/2019

Il trattamento dei metalli preziosi è un campo di peculiare interesse, che presenta necessità piuttosto sfidanti. Abbiamo di recente fornito due centraline di termoregolazione appositamente sviluppate per un cliente che opera nel campo della raffinazione e recupero di metalli pregiati. Le due ultime centraline consegnate portano così a una dozzina le macchine fornite al cliente nel corso degli anni, che lavorano sui reattori impiegati nel processo dove viene raffinato il metallo pregiato di recupero.

Le due nuove unità di termoregolazione sono il frutto dell’esperienza accumulata nelle precedenti installazioni, e nascono dal confronto con il cliente stesso, che necessita nel proprio processo produttivo di apparecchiature estreme e altamente affidabili, che operano in continuità con acqua pressurizzata a 135° C continui.

Questa particolare esigenza di processo ha richiesto l’implementazione di una serie di componenti specifici, come una pompa Grundfos dotata di tenuta speciale raffreddata a liquido. Le unità di termoregolazione lavorano con scambiatori di calore saldobrasati in versione impact per alte pressioni pulsanti, appositamente progettati per impiego con vapore e acqua pressurizzata. Sono quindi state installate valvole modulanti e on/off pneumatiche, con attuatori metallici capaci di sopportare le massime sollecitazioni termiche.

Le centraline hanno quindi un flussometro per il controllo della portata, elemento fondamentale per assicurare l’efficienza dello scambio termico dei reattori asserviti. Infine, tutte le tubazioni sono state realizzate in acciaio inox, con connessioni flangiate (o saldate laddove non siano flangiate) e guarnizioni spirometalliche per compatibilità con alta temperatura.

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Miscelazione dei fluidi in uno scambiatore a piastre

03/05/2019

Molte volte mi è stato chiesto se è possibile che in uno scambiatore di calore a piastre avvenga la miscelazione dei fluidi. Come spiego nel nuovo tutorial sul canale Tempco YouTube, la risposta è che l’unica eventualità in cui i fluidi in uno scambiatore a piastre si possano miscelare è che avvenga la rottura di una piastra, per effetto o di corrosione del materiale della piastra o cracking della stessa.

Altre eventualità sono scongiurate dal sistema intelligente con cui sono studiate le guarnizioni in uno scambiatore. Non è infatti possibile che avvenga la miscelazione dei fluidi nello scambiatore solo per la rottura di una guarnizione. Le guarnizioni in uno scambiatore a piastre presentano infatti sempre una doppia protezione.

Le guarnizioni negli scambiatori di calore a piastre scorrono infatti lungo tutto il perimetro e nella zona dei bocchelli, dove avviene il passaggio del fluido da una piastra all’altra. In questa zona la guarnizione è doppia, e presenta inoltre una sorta di drenaggio verso l’esterno, per cui in caso di rottura di una delle due parti della guarnizione avremo una perdita di liquido verso l’esterno, che avvisa della rottura della guarnizione. E’ quindi sufficiente fermare il funzionamento dello scambiatore ed estrarre la coppia di piastre dove è avvenuta la perdita, richiudere lo scambiatore e far ripartire l’impianto.

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Termoregolazione e banchi prova per auto elettriche

26/04/2019

L’elettrificazione nel mondo automotive prepara una grande rivoluzione nel mondo dei trasporti. Con il cambiamento dal motore a combustione al nuovo tipo di trazione elettrica, è presumibile nasceranno nuove richieste e applicazioni per sistemi di termoregolazione e raffreddamento per banchi prova di motori elettrici di nuova generazione che verranno.

Sebbene infatti uno scenario di auto elettriche di massa sia ancora relativamente lontano, gli esperti del settore non attendono infatti un avvento dell’auto elettrica nella mobilità di massa prima di altri 10, forse 20 anni, è però certo che il cambiamento è già iniziato. Le auto elettriche sono difatti già una realtà, anche se c’è ancora molto da fare su diversi aspetti. Innanzitutto, il peso ancora eccessivo del pacco batterie rispetto al peso complessivo delle vetture, e l’infrastruttura di ricarica per i veicoli elettrici che non è ancora pronta a sostenere le richieste di un parco macchine fatto di grandi numeri. Immaginando poi un futuro in cui le persone la notte attaccheranno alla rete il proprio veicolo elettrico per la ricarica nel garage di casa, occorreranno sistemi per la gestione dei picchi nella richiesta. Qui probabilmente IoT, connettività nei veicoli e intelligenza artificiale si riveleranno preziosi per sviluppare sistemi intelligenti per regolare il sistema.

E’ inoltre ancora troppo bassa la percentuale di energia prodotta da fonti rinnovabili, pari in Italia a circa il 17,1% sul totale prodotto. L’obiettivo di una mobilità sostenibile in elettrico e della decarbonizzazione sarebbe quindi oggi vanificato, se tutto il fabbisogno energetico di un parco di auto elettriche di massa non fosse soddisfatto con energia rinnovabile.

Intanto molti grandi costruttori automotive hanno già annunciato che entro 5-10 non produrranno più auto termiche, e già entro i prossimi 2-3 anni tutti prevedono di avere veicoli elettrici in tutti i segmenti del proprio catalogo. Le applicazioni di raffreddamento e termoregolazione per banchi prova automotive e collaudo sono un segmento applicativo importante anche per Tempco, e qui è prevedibile che la transizione verso il power train elettrico richiederà lo sviluppo di nuovi sistemi per banchi prova di motori elettrici e batterie, come già sta avvenendo.

Infine, merita attenzione la filiera coinvolta nella produzione industriale delle batterie. Questa comprende diverse fasi: in Europa le aziende possiedono il know how per coprire la fase che va dal modulo batteria al sistema di controllo, mentre è gravemente assente la competenza nella prima fase produttiva, che va dalla lavorazione del minerale attivato per catodo e anodo alla produzione di elettrodi e celle. Fase che oggi è dominata da LG, Samsung e Sony, con qualche altra realtà est-asiatica. Alcuni progetti sono a tale riguardo già partiti in Europa, e c’è già stata anche una prima call in Italia, chiusa a fine febbraio scorso, per manifestazioni di interesse da aziende che potrebbero svolgere un ruolo nella filiera produttiva dell’auto elettrica.

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Collegamento tubazioni negli scambiatori di calore

19/04/2019

Una domanda che ci viene posta spesso in Tempco riguarda la possibilità o meno di invertire le connessioni e i collegamenti dei fluidi all’interno di uno scambiatore di calore a piastre. A questo ho voluto dedicare il nuovo video tutorial sul nostro canale Tempco Youtube. La risposta nella maggior parte dei casi è affermativa, con alcune eccezioni, per cui è sempre opportuno chiedere prima.

La richiesta riguarda generalmente la possibilità di invertire verso e direzione dei flussi oppure scambiare il circuito primario e secondario tra loro. Gli scambiatori di calore hanno generalmente una struttura simmetrica dei circuiti, ragion per cui è possibile sia invertire la direzione del flusso dei due fluidi, che scorrono nello scambiatore tipicamente in controcorrente, sia l’inversione tra circuito primario e secondario. In entrambi i casi senza grandi cambiamenti nel rendimento complessivo dello scambiatore di calore in termini di trasferimento termico.

Ripeto, è sempre però meglio chiedere, in quanto esistono casi in cui i due circuiti non sono simmetrici, o ad esempio quando ci sono esigenze di drenaggio. E’ questo il caso per esempio del vapore, che deve invece sempre entrare dall’alto dello scambiatore, in modo da poter scaricare la condensa verso il basso per assicurare un completo drenaggio dallo scambiatore. Con il vapore è quindi possibile invertire primario e secondario, ma non la direzione dei flussi.

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Vetroresina nelle torri evaporative

10/04/2019

Le tecniche costruttive e la scelta dei materiali per la realizzazione di Torri evaporative tiene conto di diversi fattori, tra cui la tipologia di acqua con cui l’impianto lavorerà. Oltre all’acciaio, una scelta frequente è la costruzione in vetroresina, materiale che offre una serie di vantaggi che sono ben illustrati in questo articolo.

A fronte di un costo superiore, legato fondamentalmente alla necessità di disporre di un parco stampi dedicato, la vetroresina è infatti la scelta preferenziale di molti costruttori di torri evaporative a circuito aperto e chiuso per la realizzazione sia di componenti che di profili strutturali. Il pregio principale della vetroresina è certamente il fatto che, in costante presenza di acqua, il materiale non si ossida, non è esposto a corrosione, importante in caso di acqua chimicamente aggressiva, e non teme le intemperie, esente pertanto alla manutenzione. La vetroresina offre inoltre un peso inferiore in confronto all’acciaio e all’impiego di pannelli di lamiera presso-piegati, e se necessario può essere riparata a nuovo con facilità.

La tecnica produttiva del materiale a stampo avviene per stratificazione successiva di tessuto di vetro, detto ‘mat’, imbevuto di resina. Una volta catalizzata la resina fa corpo unico con i diversi strati di mat, conferendo consistenza strutturale, ottenendo pezzi robusti e dalla superficie omogenea. Un particolare orientamento delle fibre di vetro può anche essere studiato per consentire al pezzo stampato di sopportare e distribuire meglio carichi statici e dinamici.

I profili strutturali in vetroresina vengono invece prodotti per pultrusione (estrusione per trazione) mediante trafila, utilizzando un impasto di resina catalizzata amalgamato con fibra di vetro a fibra continua, onde garantire la resistenza meccanica e strutturale richiesta alla struttura della torre di raffreddamento.

I pezzi vengono quindi protetti dai raggi UV mediante verniciatura esterna con un apposito gelcoat, mentre all’interno viene impiegato un gelcoat paraffinato per impermeabilizzazione e impedire fenomeni di osmosi.

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Cosa è e come funziona una pompa di calore

05/04/2019

Personalmente non mi è mai piaciuta la parola pompa di calore, in quanto il termine confonde le idee. La pompa di calore è di fatto un gruppo frigorifero reversibile, ovvero che può funzionare con inversione di ciclo facendo caldo o freddo, come spiego nel nuovo video tutorial sul nostro canale YouTube Tempco. Come tutti sappiamo, un refrigeratore non ‘produce freddo’, letteralmente, ma asporta calore che finisce nel condensatore. Così come avviene nei frigoriferi che tutti abbiamo in casa, la cui parte posteriore è sempre calda.

La pompa di calore funziona in pratica come un frigorifero in estate, sottraendo calore all’ambiente da condizionare tramite uno scambiatore freddo, detto evaporatore, dove evapora il gas frigorigeno ed evaporando assorbe energia, ossia il calore dall’aria, dal liquido o dal fluido da raffreddare, producendo l’effetto percepito di ‘emettere freddo’. Il gas porta quindi il calore sottratto dall’ambiente allo scambiatore caldo, detto condensatore, disperdendo energia verso l’esterno ed emettendo pertanto caldo.

Una valvola di inversione di ciclo provvede in inverno a invertire la funzionalità dei due scambiatori, ossia il condensatore diventa un evaporatore e sottrae calore dall’ambiente esterno, incanalandolo all’ex evaporatore che diventa condensatore, e che veicola il calore all’interno dell’ambiente da riscaldare.

Ovviamente, in inverno essendo l’ambiente esterno molto freddo e magari umido, l’evaporatore esterno tende a ghiacciarsi, quindi ogni tanto avviene un ciclo di sbrinamento (si inverte il ciclo per qualche minuto) e si fa passare il gas caldo nello scambiatore esterno per sciogliere il ghiaccio che dovesse essersi formato, ripristinando l’efficienza e facendo poi ripartire il tutto in funzione invernale. Tutto questo avviene in automatico.
Durante il ciclo di sbrinamento nell’ambiente interno non si avrà il riscaldamento, ma si tratta di una fase che solitamente dura solo qualche minuto.

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iTempco, ecco la piattaforma IoT per la termoregolazione di Tempco

29/03/2019

Tempco fa il suo ingresso nell’era di Industry 4.0 con la piattaforma IoT iTempco per il monitoraggio degli impianti di termoregolazione industriale. Connettività, big data e analytics oggi aprono infatti una nuova era anche nella gestione dell’energia termica, consentendo di raggiungere nuovi livelli di ottimizzazione degli asset e di efficienza energetica grazie al monitoraggio in tempo reale dei dati di stato dei macchinari e di processo.

La piattaforma IoT iTempco offre una varietà di tool per il monitoraggio delle proprie apparecchiature da remoto, con funzionalità avanzate di manutenzione predittiva, service, assistenza e gestione di macchine, strumentazione e impianti.

Al cliente viene fornito il dispositivo di interfaccia hardware pre installato sull’apparecchiatura Tempco, che abilita la connettività dell’impianto. Il dispositivo provvede quindi alla raccolta dei dati che andranno ad alimentare la dashboard di iTempco per il monitoraggio e il rilevamento di anomalie e consentire la modifica da remoto dei parametri di configurazione di centraline di termoregolazione e macchine termiche.

E’ così possibile non solo massimizzare l’efficienza della produzione ottimizzando i costi, ma anche aumentare la disponibilità degli impianti grazie alla rilevazione tempestiva di anomalie e a piani di manutenzione predittiva pianificati sui dati reali di funzionamento degli impianti.

Chiamiamola Smart Thermoregulation… siete pronti a entrare con noi nel mondo della Termoregolazione 4.0 di iTempco?

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